静电纺丝法制备蓬松三维纳米纤维网络的研究和应用

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静电纺丝技术是一项操作简单、可以精确调控纤维直径和形貌的纳米技术。借助液体接收的三维静电纺丝法制备得到的纤维泡沫具有较大比表面积的、内部连通的、蓬松的三维网状结构。本论文通过调控参数,成功以此方法制备了聚丙烯腈三维纳米纤维网络,其特点在于,纳米纤维间距相较于其他静电纺丝法能达到15~201μm以上,形成均匀的、内部连通的孔隙结构。本文旨在将其应用于油类吸附和细胞体外培养。随着化学工业生产的持续发展,海上溢油和有机试剂泄漏等造成的水体污染引起了人们的广泛关注。使用吸附材料具有成本低、制备过程简单、利于油类回收等优势,其应当具备的性质包括:高疏水性、高吸油性、较好的机械性能、高吸油量和循环使用性。本论文以表面具有一定疏水性的聚丙烯腈三维纳米纤维网络为基底,充分利用其高比表面积和蓬松的特性,在纤维上负载氧化石墨烯,经化学还原后制备得到聚丙烯腈/还原性氧化石墨烯的复合物泡沫。本文阐述了该复合物的化学组成、微观形貌和自组装机理,同时对疏水性、亲油性、油/水选择性、机械强度和油类吸收能力进行测试。结果表明,该复合物对多种油类和有机液体均有很强的吸收能力,优化组分含量后,单位质量吸附量在80g/g(润滑油)到201g/g(氯仿)间,是普通商用材料的4-6倍以上。由于其出色的弹性和吸收能力,通过简单的挤压操作即可实现良好的循环使用。这是首次将液体接收的静电纺丝法与石墨烯复合相结合并应用于油类吸附材料,为相关材料的制备提供了新的思路。三维细胞培养支架对比二维细胞培养,可以更精确地模拟正常细胞生长、增殖、分化和迁移的生物微环境。电纺纳米纤维与细胞外基质具有相似的结构和尺寸特征,而被广泛用于生物医用支架材料,但需要解决孔径较小导致不利于细胞正常生理活动的问题。本论文利用液体支持的静电纺丝法制备了负载壳聚糖的聚丙烯腈三维纳米纤维支架。粘附在纤维上的壳聚糖作用下,纤维网络上出现了尺寸大于100 μm的大孔结构,为细胞的迁移、生长提供了足够的空间。本文对该支架材料的化学组成和微观形貌等进行了测试,并将其作为小鼠3T3成纤维细胞体外培养的三维支架,考察该材料的细胞毒性以及细胞在该材料上的生长、迁移、增殖情况。结果显示,该纤维网络能模拟细胞生长的天然环境,提供结构支持,增大细胞与基质之间的接触面积,细胞可以顺利进入三维材料内部生长。对比二维电纺纤维材料,该三维支架能够为细胞正常的生理活动提供良好的微环境,细胞展现出更好的生长、迁移、增殖状况。
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